tìm hiểu và thiết kế mạch tạo dãy tín hiệu tuần hoàn dùng ff –jk
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG
ĐỒ ÁN MÔN KỸ NĂNG TÌM KIẾM VÀ TỔNG HỢP
TÀI LIỆU
Đề tài:Tìm hiểu và thiết kế mạch tạo dãy tín hiệu tuần hoàn dùng FF –JK.
Vũ Việt Cường
GVHD : Hoàng Ngọc Nhân
Trang 2
Lời Mở Đầu
Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật , đặc biệt là ngành điện tử đã ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp Trong lĩnh vực điều khiển , từ khi công nghệ chế tạo loại vi mạch lập trình và phát triển đã đem đến các kỹ thuật điều khiển hiện đại có nhiều ưu điểm hơn so với việc sử dụng các mạch điều khiển lắp ráp bằng các linh kiện rời như kích thước nhỏ , giá thành rẻ , độ làm tin cậy , công suất tiêu thụ nhỏ
Ngày nay , trong lĩnh vực điều khiển đã được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị , sản phẩm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt hằng ngày của con người như : Máy giặt , đồng hồ báo giờ … Đã giúp cho đời sống của chúng ta ngày càng hiện đại và tiên nghi hơn
Trong đề tài này nhóm em làm về tìm hiểu và thiết kế mạch tạo dãy tín hiệu tuần hoàn dung FF-JK , với mục đích củng cố và vận dụng một số kiến thức đã học từ môn điện tử số , mạch tương tự … và cuối cùng mong muốn ứng dụng vào thực tế
Sơ đồ thiết kế mạch bao gồm:
1 Khối tạo xung dùng 555.
2 Mạch FF-JK dùng IC 7473
3 Khối tạo tín hiệu hồi tiếp tuần tự dùng IC 7404, 7408,7432.
5 Phần led hiển thị và công tắc điều khiển
Trang 3
Mục Lục
Sơ đồ nguyên lý ……….4
Sơ đồ mạch in ……… 5
PHẦN 1: BỘ TẠO XUNG BẰNG IC 555……….6 – 9 PHẦN 2: MẠCH ĐIỀU KHIỂN TÍN HIỆU DÙNG 7473….10 PHẦN 3: KHỐI TẠO DÃY TÍN HIỆU TUẦN HOÀN
DÙNG BỘ GHI DỊCH 7408,7432,7404 ……….11 – 12 PHẦN 4: KHỐI TẠO TÍN HIỆU TUẦN TỰ DÙNG
7404,7408 ……… 13 PHẦN 5: LED HIỂN THỊ VÀ CÔNG TẮC ĐIỀU KHIỂN….14 PHỤ LỤC: TÀI LIỆU THAM KHẢO……… 15
Trang 4Sơ đồ nguyên lý:
R
R 4
R 2
R E S I S T O R V A
G N D
U 3 6 C
7 4 0 8
9
1 0 8
Q 1
V C
U 2 8 B
7 4 0 8
V C
U 1 7 B
7 4 0 4
1 4 7
C L
U 3 2 C
7 4 3 2
V C
G N D
Q 3
U 5
L M 5 5 5
3
2
6
7
R V
G C
R
C 2
C A N P
U 3 6 A
7 4 0 8
1
2 3
R 1
R
Q 4
V C C
Q 4
D 6
L E D
D 3
L E D
Q 2
U 1 7 A
7 4 0 4
1
2
F h t
D 4
L E D
G N D
H T
Q 2
-S W 1
S W D I P - 2 / S M
1 4
V C
7 4 7 3
1 3 5
7 8
1 0
1 2
1 4
K
c c
Q 2
Q 3
U 2 4 A
7 4 0 8
1 4 7
Q 4
-I N
Q 1
C 1
C A P N P
7 4 7 3
1
3
5
7 8
1 0
1 2
1 4
V C
C L
V C C
I N
U 3 2 A
7 4 3 2
1 4 7
U 2 8 A
7 4 0 8
1 4 7
D 2
L E D
Q 1
-V C C
U 3 6 B
7 4 0 8
4
5 6
R 5 R
Q 3
U 2 4 C
7 4 0 8
J 1
C O N 2
1
U 2 8 C
7 4 0 8
G N D
D 1
L E D
G N D
U 2 4 D
7 4 0 8
H T
U 2 4 B
7 4 0 8
F h t
U 3 2 B
7 4 3 2
Trang 5Sơ đồ mạch in:
Trang 6PHẦN 1: BỘ TẠO XUNG BẰNG IC 555
Khái quát về IC 555
- Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của IC 555
Cấu tạo của NE555 gồm OP-amp so sánh điện áp, mạch IC đơn giản nhưng hoạt động tốt Bên trong gồm 3 điện xả điện trở mắc nối lật và transistor để Cấu tạo của tiếp chia điện áp VCC thành 3 phần Cấu tạo này tạo nên điện áp chuẩn Điện áp 1/3 VCC nối vào chân dương của Op-amp 1 và điện áp 2/3 VCC nối vào chân âm của Op-amp 2 Khi điện áp ở chân 2 nhỏ hơn 1/3 VCC, chân S = [1] và FF được kích Khi điện áp ở chân 6 lớn hơn 2/3 VCC, chân R của FF = [1] và FF được reset
Trang 7Chân 1 : GND (nối dất) Chân 5 : Control Voltage (điện áp điều khiển) Chân 2 : Trigger Input Chân 6 : Threshold (thềm – ngưỡng)
Chân 3 : Out put (ngõ ra) Chân 7 : Discharge (phóng điện)
Chân 4 : Reset (hồi phục) Chân 8 : +VCC (nguồn dương)
Giải thích sự dao động :
Ký hiệu 0 là mức thấp bằng 0V, 1 là mức cao gần bằng VCC Mạch FF là loại RS Flip-flop,
Trang 8Khi R = [1] thì = [1] và Q = [0].
dẫn, cực C nối đất Cho nên điện áp không nạp vào tụ C, điện áp ở chân 6 không vượt quá V2 Do lối ra của Op-amp 2 ở mức 0, FF không reset
Giai đoạn ngõ ra ở mức 1:
Khi bấm công tắc khởi động, chân 2 ở mức 0
Vì điện áp ở chân 2 (V-) nhỏ hơn V1(V+), ngõ ra của Op-amp 1 ở mức 1 nên S = [1], Q =
lần nữa Op-amp 1 có V- = [1] lớn hơn V+ nên ngõ ra của Op-amp 1 ở mức 0, S = [0], Q và vẫn không đổi Trong khi điện áp tụ C nhỏ hơn V2, FF vẫn giữ nguyên trạng thái đó
Giai đoạn ngõ ra ở mức 0:
Ngõ ra của IC ở mức 0
Kết quả cuối cùng : Ngõ ra OUT có tín hiệu dao động dạng sóng vuông, có chu kỳ ổn
định
Trang 9- Sơ đồ thiết kế mạch tạo xung:
V C C
3
4 8
1 5
2 6
7
O U T
T R G
T H R
D S C H G
R
I N
R
Biến trở có tác dụng tạo ra các xung có đầu ra khác nhau để đưa vào chân điều khiên CK của 7473
R1=33k
R2= VR50k
C1= 10uF
C2=10nF
Trang 10PHẦN 2: MẠCH ĐIỀU KHIỂN TÍN HIỆU DÙNG 7473:
Sơ đồ mạch:
Q 1
C L
Q 4
7 4 0 4
1 2
Q 2
-7 4 -7 3
1 2 3 4 5 6
1 0
1 1
1 2
1 3
1 4
C k 1
C l 1
K 1
V c c
C k 2
C l 2
J 2 _ QQ 22
K 2
G QN 1D _ Q 1
J 1
Q 2
Q 3
Q 4
-I N
7 4 7 3
1
2
3
4
5
6
1 0
1 1
1 2
1 3
1 4
C k 1
C l 1
K 1
V c c
C k 2
C l 2
J 2 _ QQ 22
K 2
G QN 1D _ Q 1
J 1 Q 1 - Q 3
-H T
Thực chất của IC 7473 là tích hợp của các FF-JK
chỉ có thể ghi (hay xoá) trong thời khoảng ứng với sườn xung đồng bộ C (còn gọi là xung nhịp-Clock) Ta nói Flip Flop thuộc loại đồng bộ, hiểu theo nghĩa là việc ghi/xoá trong Flip Flop chỉ có thể xảy ra đồng bộ với sự xuất hiện của xung nhịp C Có hai loại JK-FF đồng bộ: Loại đồng bộ theo sườn lên(kí hiệu hình 1) và loại đồng bộ theo sườn xuống(hình 2) của xung nhịp
hiện cho sườn lên (hoặc xuống) của xung nhịp; kí hiệu x ý nói có thể mang gía trị tuỳ ý Khi J=K=1, Flip Flop luôn lật trạng thái mỗi khi có xung nhịp đi tới, tựa như cầu chơi bập bênh của con trẻ
Đồ thị thời gian của tín hiệu ở đầu ra Q của JK-FF, theo đồ thị thời gian của tín hiệu điều khiển J,K và của xung nhịp C
Hình trên là vẽ cho hai trường hợp, ứng với loại JK-FF đồng bộ theo sườn lên và loại đồng bộ theo sườn xuống của xung nhịp C Khi vẽ ta chỉ quan tâm đến tín hiệu J,K ở các thời điểm ứng với sườn lên (hoặc xuống) của xung nhịp C, là những thời điểm Flip Flop có thể lật trạng thái theo tín hiệu điều khiển Trong khoảng thời gian giữa hai sườn lên (hoặc
Flip Flop Và coi ở t=0 thì Q=0, ta có kết quả dạng Q(t) như hình 3
Ở sơ đồ mạch thiết kế thực tế này tins hiệu xung được phát ra từ khối tạo xung 555 được đưa vào chân CK của 7473, là chân tạo xung điều khiển hoạt động của FF-JK Chân Cl là chân Reset ở chế độ hoạt động bình thường chân này ở mức cao Khi nó xuống mức thấp thì Reset lại toàn bộ FF-JK, Nhờ đặc điểm này chúng ta sẽ thiết kế một khối tín hiệu “Cl” (tín hiệu Reset) đưa vào chân Cl nhằm tạo dãy tín hiệu lặp lại sau mỗi chu kì
Trang 11PHẦN 3: KHỐI TẠO DÃY TÍN HIỆU TUẦN HOÀN DÙNG BỘ GHI DỊCH 7408,7432,7404:
Sơ đồ:
7 4 3 2
F h t
7 4 0 8
1 4 7
V C C
7 4 0 8
1 4 7
7 4 0 8
7 4 3 2
1 4 7
7 4 0 8
7 4 0 8
7 4 0 8
7 4 3 2
V C C
7 4 0 8
+ IC 7408: Là Ic tích hợp các phần tử logic “and”
+ IC 7432: Là IC tích hợp các phần tư “or”
7408
1
Trang 12>> Đây là mạch nhận tín hiệu ra của các cổng Q, Q của IC 7473 qua các cổng and, or , not điều khiển tín hiệu vào J1,K1 của FF-JK đầu tiên tạo thành tín hiệu tuần hoàn 4 bít theo
bộ ghi dịch và tín hiệu ra của bộ ghi dịch là hàm hồi tiếp
thái sau:
Fht=Q4Q1+ Q4Q2+Q3Q4Q2 +Q4Q3Q2Q1
Trong mạch trên tín hiệu hồi tiếp được nối với chân “CK” của 7473 qua một công tắc gạt Khi công tắc thực hiện nối Fht và CK tín hiệu sẽ được đưa đến chân J1 của FF-JK đầu tiên
7432
14
7
Trang 13PHẦN 4: KHỐI TẠO TÍN HIỆU TUẦN TỰ DÙNG 7404,7408
Sơ đồ:
7 4 0 8
1
Q 2
Q 4
Q 1
7 4 0 8
9
1 0
8
Q 3
7 4 0 8
4
R
7 4 0 4
1 4
+ IC 7404 là IC tích hợp các phần tử “not”
Tín hiệu Q1,Q2,Q3,Q4 được đưa vào 4 chân của các cổng and 7408 và tín hiệu ra “R” được đưa đến chân “Cl của 7473 qua công tắc gạt
Theo sơ đồ mạch ở trên khi tín hiệu qua bộ điều khiển khi tín hiệu cả 4 chân Q1,Q2,Q3,Q4 đều ở mức cao thì chân R sẽ ở mức thấp Nếu cong tắc gạt nối giữa R và
Cl thông nhau thì tín hiệu đưa vào sẽ Reset 7473 và thực hiện lại vòng lặp
7404
Trang 14PHẦN 5: LED HIỂN THỊ VÀ CÔNG TẮC ĐIỀU KHIỂN
Bao gồm: 1 led đỏ hiển thị xung phát ra từ IC 555
4 led vàng hiển thị tín hiệu tuần tự 4 bít
1 công tắc gạt hai cầu.
Sơ đồ:
R
+ D6 led đỏ hiển thị xung tạo
ra tại khối tạo xung dùng 555 + D1,D2,D3,D4 là 4 led vàng dùng để hiển thị 4 bít tín hiệu
+ Công tắc gạt 2 chế độ SW1 tác dụng nối hoặc ngắt hai chuyển mạch:
tiên
PHỤ LỤC
R
1
F h t
C L
H T
R
Trang 15TÀI LIỆU THAM KHẢO :
1 Giáo trình kỹ thuật xung số - Lương Ngọc Hải – NXB Giáo dục
2 Kỹ thuật số - Nguyễn Thúy Vân – NXB khoa học kỹ thuật
3 Bài giảng kỹ thuật số - Nguyễn Thị Bé Tám – Trường ĐH GTVT
4 Mạch số - Nguyễn Hữu Phương – NXB thống kê 2001
